56 million years ago a mysterious surge of carbon into the atmosphere sent global temperatures soaring. In a geologic eyeblink life was forever changed.
By Robert Kunzig
Photograph by Ira Block
Earth has been through this before.
曾經(jīng)的地球
Not the same planetary fever exactly; it was a different world the last time, around 56 million years ago. The Atlantic Ocean had not fully opened, and animals, including perhaps our primate ancestors, could walk from Asia through Europe and across Greenland to North America. They wouldn't have encountered a speck of ice; even before the events we're talking about, Earth was already much warmer than it is today. But as the Paleocene epoch gave way to the Eocene, it was about to get much warmer still—rapidly, radically warmer.
很久以前，地球溫度其實并不像現(xiàn)在這樣高；五千六百萬年左右以前的世界面貌，與現(xiàn)在截然不同。那時，大西洋還沒有完全展開。各種動物——包括人類的祖先——可以從亞洲出發(fā)，經(jīng)由歐洲大陸與格林蘭島抵達北美，整個行程都不會有冰雪阻撓；那之前，地球溫度已經(jīng)比現(xiàn)在要高得多。然而，隨著新古世（Paleocene epoch）的終結(jié)和始新世（Eocene）的到來,地球溫度越來越高——升溫速度也越來越快。
The cause was a massive and geologically sudden release of carbon. Just how much carbon was injected into the atmosphere during the Paleocene-Eocene Thermal Maximum, or PETM, as scientists now call the fever period, is uncertain. But they estimate it was roughly the amount that would be injected today if human beings burned through all the Earth's reserves of coal, oil, and natural gas. The PETM lasted more than 150,000 years, until the excess carbon was reabsorbed. It brought on drought, floods, insect plagues, and a few extinctions. Life on Earth survived—indeed, it prospered—but it was drastically different. Today the evolutionary consequences of that distant carbon spike are all around us; in fact they include us. Now we ourselves are repeating the experiment.
造成這一變化的原因是大量碳元素突發(fā)的地質(zhì)性釋放。目前，仍不清楚在古新紀―始新紀極熱期（英文縮寫為PETM. 學(xué)界也稱之為高溫紀（fever period））排放到大氣中的碳元素到底有多少。根據(jù)粗略估計，其總量相當于人類將地球上現(xiàn)有的煤、石油以及天然氣燃燒完畢所釋放的碳元素量。古新紀―始新紀極熱期持續(xù)了十五萬年多，直至地球重新掉吸收多余的碳元素。極熱事件引發(fā)了干旱、洪水和蟲災(zāi)，并導(dǎo)致部分生物滅絕。陸地上存活下來的物種——雖然它們的確繁衍生息——形態(tài)發(fā)生了巨大的變化。碳元素飆升雖發(fā)生在遠古，它所引發(fā)的物種進化卻影響至今，事實上，人類自身也深受這次進化的影響。而現(xiàn)在，人類正在重演這段歷史。
The PETM "is a model for what we're staring at—a model for what we're doing by playing with the atmosphere," says Philip Gingerich, a vertebrate paleontologist at the University of Michigan. "It's the idea of triggering something that runs away from you and takes a hundred thousand years to reequilibrate."
密歇根大學(xué)脊椎動物古生物學(xué)家Philip Gingerich認為，“我們應(yīng)當將古新紀―始新紀極熱期作為一次范例，予以高度關(guān)注——因為人類目前的所作所為正在影響著大氣。”他說：“就好像你失掉了某個東西，花了成千上萬年才重新找到平衡。”
Gingerich and other paleontologists discovered the profound evolutionary change at the end of the Paleocene long before its cause was traced to carbon. For 40 years now Gingerich has been hunting fossils from the period in the Bighorn Basin, a hundred-mile-long arid plateau just east of Yellowstone National Park in northern Wyoming. Mostly he digs into the flanks of a long, narrow mesa called Polecat Bench, which juts into the northern edge of the basin. Polecat has become his second home: He owns a small farmhouse within sight of it.
Gingerich與其他古生物學(xué)家共同發(fā)現(xiàn)了發(fā)生在古新紀末的生物劇變。而劇變的根源在于碳元素的變化。40年來，Gingerich一直在大角盆地搜集這一時期的化石。大角盆地地處高原，綿延數(shù)百英里，位于懷俄明州北部，西接黃石國家公園。通常，Gingerich會在盆地北部邊緣一片名叫Polecat高臺的狹長地帶進行挖掘。波利卡特高臺(Polecat Bench)已經(jīng)成為他的第二個家：他的小農(nóng)舍及目可見。
One summer afternoon Gingerich and I drove in his sky blue '78 Suburban up a dirt track to the top of the bench and on out to its southern tip, which affords a fine view of the irrigated fields and scattered oil wells that surround it. During the recent ice ages, he explained, Polecat Bench was the bed of the Shoshone River, which paved it with cobbles. At some point the river shifted east and began cutting its way down through the softer and more ancient sediments that fill the Bighorn Basin. Meanwhile the Clark's Fork of the Yellowstone River was doing the same to the west. Polecat Bench now stands between the two rivers, rising 500 feet above their valleys. Over the millennia its flanks have been sculpted by winter wind and summer gully washers into rugged badlands, exposing a layer cake of sediments. Sediments from the PETM are exposed right at the very southern tip of the bench.
某個夏日的午后，我和Gingerich駕著他那輛78年版的藍色雪佛蘭Suburban，沿著一條塵土路到達臺頂，再繼續(xù)開往南邊的頂峰。從這里可以很清楚地看到灌溉的農(nóng)田以及周圍零星分布的油井。他解釋說，在冰川時期，波利卡特高臺是肖肖河（Shoshone River）的河床，那時它還集滿鵝卵石呢。后來，肖肖河向東改道，它在黃角盆地上土質(zhì)更柔軟、年代更古老的沉積物上開辟出新的流域。同時，黃石河（Yellowstone River ）在克拉克叉口（Clark's Fork）也發(fā)生著同樣的情形?，F(xiàn)在，波利卡特高臺處于兩條河流之間，高出河谷500英尺。一千年來，高臺兩側(cè)不斷受到風(fēng)蝕，夏季的雨水流向凹凸不平的貧瘠之地。沉積物暴露在外。而這些沉積物來自新古新紀―始新紀極熱期的沉積物正好在高臺的南峰。
It is here that Gingerich has documented a great mammalian explosion. Halfway down the slope a band of red sediment, about a hundred feet thick, wraps around the folds and gullies, vivid as the stripe on a candy cane. In that band Gingerich discovered fossils of the oldest odd-toed hoofed mammals, even-toed hoofed mammals, and true primates: in other words, the first members of the orders that now include, respectively, horses, cows, and humans. Similar fossils have since been found in Asia and Europe. They appear everywhere, and as if out of nowhere. Nine million years after an asteroid slammed into the Yucatán Peninsula, setting off a cataclysm that most scientists now believe wiped out the dinosaurs, the Earth seems to have undergone another shock to the system.
Gingerich正是在這里發(fā)現(xiàn)了大量哺乳物化石。在半山腰處，一組百來英尺厚的紅色沉積巖將山谷包圍起來，看起來很像糖果手杖上的條紋。Gingerich在那組沉積巖中發(fā)現(xiàn)了最古老的奇趾類哺乳動物足跡化石，最古老的偶趾類哺乳動物足跡化石，還有真正的靈長類動物化石，它們分別包括馬、牛以及人類。類似的化石在亞洲和歐洲也已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)。他們四處分布，好像無處不在。九百萬年前，一顆小行星撞尤卡坦半島，引發(fā)了一場地球災(zāi)難，學(xué)界普遍認為這次撞擊造成了恐龍的滅亡。但是現(xiàn)在看來，地球仿佛是因為經(jīng)歷了另一次沖擊而步入現(xiàn)在的體系。
During the first two decades that Gingerich labored to document the Paleocene-Eocene transition, most scientists saw it simply as a time when one set of fossils gave way to another. That perception started to change in 1991, when two oceanographers, James Kennett and Lowell Stott, analyzed carbon isotopes—different forms of the carbon atom—in a sediment core extracted from the Atlantic seafloor near Antarctica. Right at the Paleocene-Eocene boundary a dramatic shift in the ratio of isotopes in fossils of minuscule organisms called foraminifera (forams for short) indicated that an immense amount of "fresh" carbon had flooded into the ocean in as little as a few centuries. It would have spread into the atmosphere too, and there, as carbon dioxide, it would have trapped solar heat and warmed the planet. Oxygen isotopes in the forams indicated that the whole ocean had warmed, from the surface right down to the bottom mud, where most of the forams lived.
Gringerich研究古新紀―始新紀過渡期的前二十年，多數(shù)學(xué)者認為，那只不過是從一種化石到另一種化石的過渡期。1991年，兩位海洋生物學(xué)家James Kennett 和Lowell Stott對碳同位素——碳的不同形態(tài)——進行了分析以后，這種觀點開始有所轉(zhuǎn)變。這些碳的同位素是從南極洲附近的大西洋海底提取出來的。在來自這一時期的化石中有一種微小生物化石，被稱作有孔蟲類（簡稱forams）。其中碳的同位素中碳比例的巨大變化表明，短短的幾個世紀內(nèi)，有大量“新鮮”碳涌入海洋。它們也可能擴散到空氣中，以二氧碳的形式吸收太陽能，使地球升溫。氧的同位素形態(tài)則表明海洋溫度從海面直到海底泥沙都升高了。而有孔蟲類主要生活在海底泥沙中。
In the early 1990s the same signs of a planetary convulsion began turning up on Polecat Bench. Two young scientists, Paul Koch of the Carnegie Institution and James Zachos, then at the University of Michigan, collected half-inch clumps of carbonate-rich soil from each of the sediment layers. They also collected teeth of a primitive mammal called Phenacodus. When Koch and Zachos analyzed the carbon isotope ratios in the soil and the tooth enamel, they found the same carbon spike seen in the forams. It was becoming clear that the PETM had been a global warming episode that had affected not just obscure sea organisms but also big, charismatic land animals. And scientists saw that they could use the carbon spike—the telltale stamp of a global greenhouse gas release—to identify the PETM in rocks all over the world.
二十世紀初期，同樣表明一場地質(zhì)變動的種種跡象相繼在波利卡特高臺顯露。分別來自卡內(nèi)基研究所和密歇根大學(xué)的兩位年輕科學(xué)家，Paul Koch和James Zachos，從這些沉積物的每一層沉層中取樣，樣品長半英尺，含碳量豐富。同時，他們還搜集一種叫原蹄獸（Phenacodus）的原始哺乳動物的牙齒。他們分析了沉積物樣品和這些動物的牙齒中的碳同位素比值，發(fā)現(xiàn)碳含量與在有孔蟲類中一樣升高了。很顯然，古新紀―始新紀極熱期曾是一個地球熱量急劇升高的時期，它不僅影響了微小的海洋生物，同時也影響了大體型的陸地生物。此外，科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)他們可以用碳含量的飆升——地球溫室氣體排放量的檢測標準——在世界所有地區(qū)的巖石中去判斷PETM.
Where did all the carbon come from? We know the source of the excess carbon now pouring into the atmosphere: us. But there were no humans around 56 million years ago, much less cars and power plants. Many sources have been suggested for the PETM carbon spike, and given the amount of carbon, it likely came from more than one. At the end of the Paleocene, Europe and Greenland were pulling apart and opening the North Atlantic, resulting in massive volcanic eruptions that could have cooked carbon dioxide out of organic sediments on the seafloor, though probably not fast enough to explain the isotope spikes. Wildfires might have burned through Paleocene peat deposits, although so far soot from such fires has not turned up in sediment cores. A giant comet smashing into carbonate rocks also could have released a lot of carbon very quickly, but as yet there is no direct evidence of such an impact.
但是這些碳從何而來呢？我們知道目前排放到空氣中多余碳的來源：人類。然而560萬年以前，人類沒沒有產(chǎn)生啊。更別提汽車和發(fā)電廠了。貌似導(dǎo)致PETM碳含量飆升的原因很多，從碳量上來看，來源絕不只一個。在古新紀末，歐洲和格林蘭島開始分離，北大西洋開始展開。大量的火山灰噴發(fā)出來，導(dǎo)致了二氧化碳從海洋有機沉積物中釋放。當然，這并不足以解釋碳量急劇升高這一現(xiàn)象。這一沉積時期，可能曾發(fā)生過自然火災(zāi)，但是到目前為至，還沒有從沉積巖內(nèi)部發(fā)現(xiàn)證明這場大火的證據(jù)。也有可能曾經(jīng)有某個彗星撞擊在了碳酸鹽巖（carbonate rocks）上，從而導(dǎo)致了碳的迅速釋放。但是，我們?nèi)匀粵]有直接證據(jù)來證明這一影響。
The oldest and still the most popular hypothesis is that much of the carbon came from large deposits of methane hydrate, a peculiar, icelike compound that consists of water molecules forming a cage around a single molecule of methane. Hydrates are stable only in a narrow band of cold temperatures and high pressures; large deposits of them are found today under the Arctic tundra and under the seafloor, on the slopes that link the continental shelves to the deep abyssal plains. At the PETM an initial warming from somewhere—perhaps the volcanoes, perhaps slight fluctuations in Earth's orbit that exposed parts of it to more sunlight—might have melted hydrates and allowed methane molecules to slip from their cages and bubble into the atmosphere.
最初的假設(shè)是這樣：大量的碳來自含甲烷水合物的沉積物中。這一假設(shè)目前仍最受歡迎。含甲烷水合物是一種表面像冰的混和物，其中水分子形成籠狀架構(gòu)，將一枚甲烷分子包裹在其中。水合物只有在極小范圍內(nèi)的低溫高壓條件下才才具有穩(wěn)定性；今天，我們在北極凍土帶、海底以及由連接大陸架與深海的斜坡中發(fā)現(xiàn)了大量含甲烷水合物的沉積物。在極熱時期，原初熱量——可能來自火山，也可能來自地球軌道輕微改變軌跡時，有一部分更接近太陽——可能使甲烷水合物融化，甲烷分子趁機從籠狀架構(gòu)中釋放出來，蹦竄到空氣中了。
The hypothesis is alarming. Methane in the atmosphere warms the Earth over 20 times more per molecule than carbon dioxide does, then after a decade or two, it oxidizes to CO2 and keeps on warming for a long time. Many scientists think just that kind of scenario might occur today: The warming caused by the burning of fossil fuels could trigger a runaway release of methane from the deep sea and the frozen north.
這一假設(shè)當引起警惕?？諝庵械膯蝹€甲烷分子能引起的地球溫度升高是二氧化碳分子的20倍，那么一二十年以后，它氧化為CO2 ，從而在更長時期內(nèi)釋放熱量。許多學(xué)者認為，這種情形現(xiàn)在仍有可能會發(fā)生。燃燒礦物燃料所釋放的熱量會使深海及北極冰凍中的甲烷大量逸出。
Koch and Zachos concluded from their data that the PETM had lifted the annual average temperature in the Bighorn Basin by around nine degrees Fahrenheit. That's more than the warming there since the last ice age. It's also a bit more than what climate models predict there for the 21st century—but not more than what they forecast for the centuries to come if humans keep burning fossil fuels. Models also predict severe disruptions in the world's rainfall patterns, even in this century, especially in subtropical regions like the American Southwest. But how to test the models? "You can't wait 100 or 200 years to see what happened," says Swedish geologist Birger Schmitz, who has spent a decade studying PETM rocks in the Spanish Pyrenees. "That's what makes the PETM story so interesting. You have the end result. You can see what did happen."
Koch和Zachos最后從他們的實驗數(shù)據(jù)中得出結(jié)論：極熱時期黃角盆地年平均溫度升高9華氏度——高于冰川末期的地球升溫。這一數(shù)據(jù)略高于氣候模型對21世紀地球升溫的預(yù)測——但是如果人類在接下來的幾個世紀中仍然使用礦物燃料，那么所導(dǎo)致的地球升溫將會高于這一數(shù)據(jù)。氣候模型還預(yù)測到，即使是在本世紀，全球雨型（rainfall patterns）都會嚴重失調(diào)——尤其是像美國東南部的亞熱帶地區(qū)。
比格霍恩地區(qū)整個生物系統(tǒng)來了一次重新排列。Scott Wing,是史密斯森國家自然歷史博物館（Smithsonian National Museum of Natural History）的古植物學(xué)家。36年來，他一直在收集比格霍恩的樹葉化石——但他沒時間將這些樹葉一一仔細研究。每年夏末，當他打開一箱又一箱的化石時，他就告訴自己，冷靜點吧，乖乖呆在華盛頓吧，好好去做研究吧。但是下一年七月，他又忍不住回到這里，一邊挖掘一邊想著，“總會有奇跡的。”
幾年后，奇跡真的發(fā)生了。“我花了十年工夫來尋找這些化石。”Wing 說。我們坐在坐在16號高速公路南方15公里處的一個山坡上，公路連接十眠鎮(zhèn)與沃蘭城，地處比格霍恩山脈以西。我們敲擊著Wing的助手從一條溝壑里挖掘出的巖石。從遠處的山坡上，你可以看見裸露的橫向巖石條紋，紅色中鑲嵌著灰色和黃色，由此可推斷它們來自極熱時期。山谷處，一架鉆孔泵正在作業(yè)，從這里卻聽不見機械作業(yè)的聲音。如果你站在山頂，便可以看到好幾臺這樣的機器。鐵錘的敲打的旋律填補著我們談話間的沉默——那打擊聲時斷時續(xù)，像是音叉的共鳴從遠方飄來，又像巖石碎裂時的咔咔聲。如果你持續(xù)敲打某塊巖石，一片樹葉便會從兩層分離的泥層中顯現(xiàn)出來。有時，它就像一塊奧利奧奶油夾心巧克力餅干。樹葉保存十分完好。借助Wing的放大鏡，你還可以觀察到樹葉上五千六百萬年前被蟲咬過的痕跡。
當Wing 發(fā)現(xiàn)第一塊樹葉化石時，他就立即明白它來自極熱時期。他說：“其中有很多植物都是我從來沒有見過的。”從他搜集的化石看來，在極熱事件前后，這塊盆地都是森林密布，其中長滿了樺樹，無花果樹、水杉、橡樹等像木蘭一樣的常青樹種。這片土地曾經(jīng)可能十分濕軟，就像阿查法拉亞或奧克弗諾基沼澤地周圍的土地一樣。在古新紀和始新紀時的比格霍恩就像今天的佛羅里達州北部一樣。
但是Wing發(fā)現(xiàn)，在極熱時期高峰期，這片土地的景觀完全變了樣。季節(jié)性干旱更加明顯和廣泛，類似美洲中部的熱帶森林。隨著地球變暖，新的物種從南方遙遠的墨西河灣沿岸迅速遷往這塊盆地，跨越了大約一千公里的緯度。這其中包括很多豆類——非園林品種，它們是同一種屬的不同灌木，有點類似現(xiàn)在的含羞草。大數(shù)多樹葉都被昆蟲啃食過。
Wing和他來自俄亥俄州邁阿密大學(xué)的同事Ellen Currano所研究的樹葉中，幾乎百分之六十的葉片上都有小孔或昆蟲爬行時留下的彎彎曲曲的印跡。有可能上升的溫度促進了昆蟲的新陳代謝，從而使它們吃得更多，也排泄得更多。也有可能多余的二氧化碳直接影響了植物；當 CO2 注入到現(xiàn)化溫室中，植物會生長得更快，但蛋白質(zhì)含量卻降低了，從而使葉片的營養(yǎng)更低。類似的事情也可能發(fā)生在極熱時期地球這個大熱室中——昆蟲必須吃更多的植物以保證生長。
但是，Wing說，極熱時期那些被昆蟲咬過的殘損葉片跟古新紀的長輩們大小相差無幾。因為降雨量下降了40%（當水分越來越稀少，植物就會縮小葉片以減少水分流失）。同時，降水量減少也使得土地逐年變干，土壤中的鐵被氧化，變?yōu)殇P紅色。接著，在極熱期高峰期，紅色土層消失了——Wing解釋說，這倒不是因為氣候總體變濕，而是降雨越來越集中，就像季風(fēng)氣候一樣。盆地中的河流改道，流向村莊，帶走地面的土壤。
在比利牛斯山東部，Birger Schnitz 發(fā)現(xiàn)了更有力的證據(jù)，能表明極熱期發(fā)生過災(zāi)難性的大洪水。他和他的西班牙同事Vcitoriano Pujalte（來自比爾巴鄂的貝斯克一所大學(xué)）在一塊巖層底部發(fā)現(xiàn)了標志性的碳穗。盡管這片巖石區(qū)現(xiàn)在位于高山處，但當時卻很可能是處一片平坦的河岸。大水將一大片鵝孵石從山里沖擊下來，并將它們帶到澇源上?？茖W(xué)家們認為，這片平地由此而擴大了幾千平方公里。其中有些鵝孵石長達兩英尺，只有巨大的水流沖擊力才能將其挪到此處。經(jīng)過改道的河流幾個世紀的沉淀，它們?nèi)缤邷卮髿猸h(huán)境中的能量在化石上留下的印證。
豆莢樹在比格霍恩繁盛之時，蓬突藻屬也正在海域中蔓延。蓬突藻是甲藻中形狀十分突出的一個種屬——它是一組單細胞的浮游生物，其中一些演化成現(xiàn)在的現(xiàn)在的有毒生物，可引發(fā)紅潮。所有甲藻都擁有兩個鞭狀體，它們在水中抽打，推動自身前進。荷蘭Utrecht 大學(xué)教授Henk Brinkhuis 曾給我做過一個讓人印象深刻的示范：他將一只胳膊夾在兩腿之前，另一只則繞過略微突出的肚子，然后兩只胳膊同時擺動。冬季，蓬突藻的細胞會縮成硬囊，沉到海底泥沙中去。春季來臨，只要輕輕拍打一個各個包囊，它們就會像暗門打開——Brinkhuis 將一根手指戳在臉頰上，發(fā)出咯咯聲。細胞便破囊而出，游上海面，包囊被留在了海底。五千六百萬年后，Brinkhuis 和他的同事Appy Sluijs得以研究這些沉淀物中的包囊——這些綻開的包囊打開了通往如外星生物般的古生物研究之門。在Brinkhuis的辦公室，有一張海報，上面寫著：“我所有的知識都來自《星際旅行》”
關(guān)于極熱時期以前， Brinkhuis 和Sluijs 只在亞熱帶地區(qū)找到了蓬突藻。但他們卻發(fā)現(xiàn)，在極熱時期的沉積巖中，蓬突藻便無所不在了——這說明那時海水已經(jīng)普遍升溫了。在古新紀里，北冰洋的海水溫度在夏季就已經(jīng)達到64華氏度了；而在極熱時期，又飆升到74華氏度。Brinkhuis 和Sluijs通過對新澤西州發(fā)現(xiàn)的一塊巖石分析，得出結(jié)論：倘若在那里游泳，一定像今天在地中海，或者是加勒比海游泳了?，F(xiàn)在，深海之底的水溫僅在零攝氏度以上，但是在極熱時期，卻在60華氏度左右。
海水吸收了使地球溫度升高的二氧化碳而呈酸性，而下個世紀，隨著二氧化碳的排放量再次增高，此類情形仍會發(fā)生。深海中的沉積物已經(jīng)和比格霍恩盆地的片層巖石一樣，明確證明了極熱期的存在。2003年，Sluijs跟隨James Zachos帶領(lǐng)的一支隊伍沿鯨灣港徒步行走了一圈。鯨灣港是南大西洋海底的山脈。他們順著山脊側(cè)腹搜集巖石。他們在甲板上每打開一塊巖石，都會立即看到極熱時期的巖層。“真是出人意料啊，”Sluijs說，“不過是些紅色的泥巴嘛。”
這些紅色的泥巴之所以引人注目，是因為它們?nèi)笔Я艘环N成分：白色的碳酸鈣。正是這些碳酸鈣，使得極熱期上下兩層的巖石顏色都要淺一些。極熱時期，酸性的海水將碳酸鈣分解了。如此，有人可能想編造一個關(guān)于道德的寓言了：酸性的海洋將無數(shù)生命趕出了海洋，還分解了珊瑚、蚌以及有孔類蟲的貝殼——科學(xué)家預(yù)測，在二十一世紀，這一幕又將重新上演。但是極熱時期的情形比這復(fù)雜得多。特提斯海（Tethys），地中海的前身，橫切整個中東地區(qū)。盡管這片海域曾經(jīng)似乎遭受過悲慘的命運，但極熱時期的物種滅絕卻更讓人出乎意料：它使生活在海底泥沙之中的有孔類蟲種類消失了一半。這種是四海為家的物種，能夠很好地適應(yīng)各種環(huán)境，它們本應(yīng)能夠戰(zhàn)勝極熱時期帶給它們的一切打擊。
至于海水的酸化度，Zachos 和他的同事們估計，約有3萬億噸的碳首先迅速釋放到空氣中，另有1.5萬億噸則是緩慢釋放。這些總量為4.5萬億噸的碳相當于現(xiàn)在地下所儲藏的礦物燃料的含碳總量；先釋放的3萬噸相當于近三個世紀以來人類排放到空氣中的碳含量。盡管這一數(shù)據(jù)并不是最終的定論，但科學(xué)家們認為極熱時期的釋放速度還要慢一些，花了幾千年。
碳的排放速度無論怎樣低，也需要更長的時間進行地質(zhì)轉(zhuǎn)換。海底的碳被分解，中和了酸性，從而使海水可以吸收更多的CO2 。經(jīng)過幾個世紀甚至上千年的快速釋放，大氣中的二氧化碳含量高峰期終于過去。同時，分解到雨滴中的CO2，濾走陸了上巖石中的鈣，并將它們沖到海洋中去。鈣在海洋中與碳離子結(jié)合，產(chǎn)生出更多的碳酸鈣。這個過程被稱為侵蝕。它無時無刻不在發(fā)生著，只是在極熱時期發(fā)生得更快，因為那時的氣候很炎熱，雨水酸度也高得多。雨水逐漸將空氣中多余的CO2帶走，最后腐蝕了海底的石灰石。氣候慢慢恢復(fù)到先前的狀態(tài)。Zachos說，“這就好比我們今天燃燒礦物燃料。我們將幾千年來形成的物質(zhì)在極短的時間內(nèi)釋放到地表。最終這個循環(huán)系統(tǒng)會將它們帶回巖石，但那需要花成千上萬年的時間。”
Matt Huber是普渡大學(xué)的氣候建模者。這位致力于對極熱時期的研究者預(yù)測到如果人類耗完所有的礦物燃料后將會發(fā)生的一切。Huber是借助國家大氣研究中心（National Center for Atmospheric Research）在科羅拉多建造的一個氣候模型進行研究的，而這個模型對二氧化碳的敏感度極低。然而，他得到的結(jié)果仍然是悲劇性的。根據(jù)他“對極壞情況給出合理的最佳猜想” （他猜想的最壞結(jié)果是“地球大燃燒”），約有一半的居住區(qū)將會變得無法忍受。中國、印度、歐洲南部以及美國的大片地區(qū)，夏季氣溫將會超過100華氏度。如此日復(fù)一日，年復(fù)一年。
氣候?qū)W家倒不經(jīng)常談及如此遙不可及的預(yù)言。Huber認為，部分是因為懷疑，那些過分的科學(xué)不確定論者們經(jīng)常指責(zé)他們杞人憂天。他說，“我們盡力發(fā)表著自己的觀點。一旦我們看到不幸之事，都希望能控制局面。‘中間道路’遠比人們想象的要糟糕。（？）”
“如果我們沿著這條路繼續(xù)走下去，后果的確不確定。我們正在走向始新紀。我們清楚那意味著什么。”
極熱時期，熱帶物種紛紛向南極遷移。所有大陸上的動物和植物都越過大陸架，混雜在一起。有蹄動物，也即馬和鹿的祖先，在比格霍恩盆地開始出現(xiàn)。緊接著，可能由于氣候再次變濕，樹冠開始遮蔽奔跑者所喜愛的開闊之地，于是真正的靈長動物出現(xiàn)了。
人類與其他所有現(xiàn)存的原始生物一樣，都是極熱時期原始生物的后代——就像馬、貘以及犀牛等奇趾類動物來自某個極熱時期的祖先，或像鹿、牛、山羊等偶趾類反芻動物來自另一祖先一樣。這些突然出現(xiàn)在比格霍恩的物種均來自亞洲大陸。在亞洲大陸上發(fā)現(xiàn)的化石樣本比格霍恩稍早一些。這些物種肯定又有各自己的新古紀祖先。但是目前為止，我們還沒有能找到載有靈長類動物或馬的新古紀化石——Gingerich告訴我說，這沒不是因為沒有盡力去尋找。
在極熱時期，一些動物發(fā)生了奇怪的變化：它們變得矮小了。比格霍恩的馬變得只有暹羅貓那么大；隨著碳從空氣中撤回，它們再又變大。目前尚不清楚到底是熱量還是CO2 本身致使它們體積縮小。但是，Gingerich認為，我們可以由此得出結(jié)論：變化的環(huán)境能引起動物的快速進化。四年前，當他剛來到比格霍恩，他想知道這些馬和靈長動物來自何處。而現(xiàn)在，他認為他們和偶趾動物一樣來自極熱時期——這三類現(xiàn)代動物所具有的顯著的特征都可以追溯到那個時期，并且是在碳元素釋放到大氣中的適時期內(nèi)所引發(fā)的進化而造成的。
五千六百萬年后，誰會想到那時與老鼠差不多大的靈長動物會獨領(lǐng)風(fēng)騷呢？他們馴化了同樣來自極熱時期的其他物種——馬、牛、豬、山羊——并將他們帶到世界的每一個角落。他們脫離了農(nóng)耕社會，進入全新的生活方式。他們的生活模式多種多樣，但無一依靠礦物能源的驅(qū)動。當我和Gingerich開著車在波利卡特高臺上顛簸前行的時候，我們穿過荒無人跡的高原上茂密的草叢，看到鉆油泵起起落落，將白堊紀的石油提取到地球表面。它們的身影遍布整個比格霍恩。東邊，粉河盆地（Powder River Basin）中，巨大的鐵鏟挖掘著古新紀的煤炭，這些煤炭維持著美國五分之一的家庭用電。
自18世紀以來，礦物燃燒已經(jīng)釋放了三萬億多噸碳——或許不到地下埋藏的或極熱期釋放的十分一。至于假如我們燒完所有礦物燃料以后會發(fā)生什么，我們不得而知。（碳排放量去年再次打破歷史記錄）或許，我們會像我們的祖先一樣，來一次革命性的進化；也或許，像其他所有生物所遭遇的一樣，我們將會迎來一次人類大滅絕。極熱時期的故事幾乎不會讓我們從長遠出發(fā)，作出別的選擇。千萬年以后，人類將何去何從，地球上整個生命模式又將怎樣背離它應(yīng)有的發(fā)展模式——僅僅取決于我們今天在短短幾個世紀內(nèi)所選擇的生活方式。
當海水變?yōu)楹谏?
古生物學(xué)家James Zachos 拿著一段記載著五千六百萬年前在極熱期（PETM）大西洋大變化的沉積物。白色的浮游生物貝殼在海底泥水中減少，更多的則變成紅色。Zachos說，二氧化碳的含量不但在大氣中升高，而且也涌向海水，使海水酸化，腐蝕了貝殼。
侏儒期
樹葉化石上的洞孔表明，比格霍恩的昆蟲數(shù)目與種類都增多了。說明二氧化碳和氣溫在PETM時都增高了。一些動物體積縮小。
.
現(xiàn)在，在干旱的的比格霍恩，鐵銹色的氧化土壤記述著五千六百萬年前的那場極熱事件
五千六百萬年，大氣中的碳含量為何會突然升高，至今仍是個迷。但無疑那是自然造成的。而今天，碳元素的增多，速度或許更快，而且是人為。
新的技術(shù)可能會制止一場高溫時代的來臨。圖為美國弗吉尼亞西部一家發(fā)電廠的測試系統(tǒng)。它可以用來檢測二氧碳的排放量。但是在政府出面干預(yù)以前，公司不會采用如此最貴的設(shè)備。
聯(lián)系客服
